鋼鐵企業(yè)單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢分析

【摘 要】 對于鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，在未來的發(fā)展中應(yīng)該更多遵循提高鋼材使用效率、盡量集中使用材料以及各種配件功能兼并的基本原則，逐漸實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)配件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、并利用科技進(jìn)步研究如何使結(jié)構(gòu)更加簡明，在保證結(jié)構(gòu)功能適應(yīng)未來生產(chǎn)需求基礎(chǔ)上延長廠房結(jié)構(gòu)的使用年限提出了筆者的一些認(rèn)識。

【關(guān)鍵詞】 單層；工業(yè)廠房；鋼結(jié)構(gòu)；發(fā)展趨勢

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)加快，科技進(jìn)步與革新促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代。在今后的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷加大的基礎(chǔ)上，鋼鐵企業(yè)的工業(yè)廠房的建筑平面和立體空間都向大型化發(fā)展，而對于一些不適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能或新型生產(chǎn)工藝要求的廠房還需要進(jìn)行改擴(kuò)建。因此，為了適應(yīng)企業(yè)未來的投資規(guī)模和生產(chǎn)工藝革新，需要加快廠房的建設(shè)施工速度，提高單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)比例。一般西方國家的工業(yè)廠房的建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)的比重達(dá)到了90%以上，近年來這個趨勢在我國的工業(yè)廠房建設(shè)中也逐漸得到體現(xiàn)。而隨著全球資源的日益匱乏，能源供應(yīng)也趨于緊張，如何做好鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，尋求如何降低廠房結(jié)構(gòu)的耗鋼量，提高廠房建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，是鋼鐵企業(yè)投資建設(shè)廠房的一個主要關(guān)注的問題。本文主要就筆者對單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展趨勢一些思考坐出分析。

1 注重發(fā)揮新型材料的新功能

我國未來一段時期，鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用較多的新型材料，更多為高效能的鋼材，比如冷彎型鋼、H型鋼或T型鋼等等，對于在廠房中應(yīng)用高強(qiáng)度鋼材沒有什么現(xiàn)實意義，因為在鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房中，其承重結(jié)構(gòu)都是由壓彎、承壓以及受彎構(gòu)件構(gòu)成，受構(gòu)件的細(xì)長比和變形控制的構(gòu)件較多，而較少存在受拉構(gòu)件。受壓、彎構(gòu)件等一些輔助構(gòu)件，一般與軸壓穩(wěn)定系數(shù)、板件的容許細(xì)長比和板件的寬厚比以及構(gòu)件自身的容許撓度值的聯(lián)系較為緊密。因此對于一些高強(qiáng)度特性的鋼材應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)中，其鋼材的高強(qiáng)度特性不能被充分應(yīng)用到。

2 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)遵循的原則

（1）集中使用材料的原則即適當(dāng)擴(kuò)大柱距，使承重構(gòu)件大型化，減少構(gòu)件數(shù)量，將鋼材集中使用于承受，恒荷載和吊車荷載的主要承重結(jié)構(gòu)上；讓用于承受活荷載、風(fēng)荷載以及特殊荷載（如地震作用）的結(jié)構(gòu)，其鋼材耗量減少至最小值。

（2）遵循工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)的功能兼并原則，主要就是在確保鋼結(jié)構(gòu)整體可靠性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，實行一個構(gòu)件同時承擔(dān)多種功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，例如常見的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，就是一種功能兼并的實現(xiàn)，它在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用就同時發(fā)揮著承重和保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的兩者作用。

（3）充分利用鋼材的強(qiáng)度潛力如盡量采用受拉桿件，少用受壓、受彎桿件，在條件許可時，盡量采用張力結(jié)構(gòu)體系，在受壓構(gòu)件中宜用短而粗的構(gòu)件，少用長而細(xì)的構(gòu)件，盡量增大穩(wěn)定系數(shù)明值；在受彎構(gòu)件中，應(yīng)盡量增大截面抵抗矩系數(shù)。

（4）考慮結(jié)構(gòu)的空間作用重視結(jié)構(gòu)的整體剛度，盡量使結(jié)構(gòu)由撓度或穩(wěn)定控制變?yōu)猷]雖度控制。計算表明，對跨度為36m、起重量為350t的焊接吊車梁，容許撓度值由1/750改為1/650，即可節(jié)約鋼材0.5%左右。蘇聯(lián)1981年在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，將吊車梁的容許撓度值由1/750改為1/600，其原因可能與節(jié)約鋼材的因素相關(guān)。為此，今后還應(yīng)對容許變形值進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)研究，按吊車的實際工作來確定吊車梁的容許撓度和廠房排架的橫向剛度限值。

（5）未來工程廠房的結(jié)構(gòu)將逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，工業(yè)廠房的定型與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的關(guān)鍵就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的定型以及連接節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)廠房的標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化，很大程度也取決于制造廠的生產(chǎn)技術(shù)水平和社會科技水平以及工程設(shè)計、建設(shè)企業(yè)的管理水平。工業(yè)廠房的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)綠色施工，降低投資水平具有積極的意義。

（6）工業(yè)廠房的設(shè)計，應(yīng)該為施工裝配提供足夠的地面組裝和吊裝提供場地和設(shè)備的客觀條件，結(jié)構(gòu)的整體剛度應(yīng)該能夠達(dá)到構(gòu)件整體吊裝過程中的具體要求，保證吊裝過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。擴(kuò)大組裝規(guī)模可以提高工業(yè)廠房建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)勞動效率的提高，這也是未來工業(yè)廠房施工方案的主要發(fā)展方向。

3 進(jìn)行技術(shù)革新和結(jié)構(gòu)簡化以降低耗鋼量

屋蓋結(jié)構(gòu)方面建議：采用薄腹梁作屋面擦條，薄腹梁擦條腹板的高厚比可取到200～300，其耗鋼量比析架式擦條還要省8～18%；推廣應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)以節(jié)約鋼材，在析架結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力，一般可節(jié)約鋼材約20%～30%，從具體情況出發(fā)恰當(dāng)?shù)夭捎镁W(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)符合兼并功能，的原則又能定型化生產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)效果較好，能節(jié)約20～40%的鋼材；有條件地方應(yīng)優(yōu)先采用張力結(jié)構(gòu)體系，如吊掛結(jié)構(gòu)等。吊車梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面：當(dāng)廠房柱基差異沉降較小時，建議采用連續(xù)吊車梁，它可以節(jié)約鋼材約巧%，這在我國個別車間中曾經(jīng)使用過，但安裝較費(fèi)工。采用預(yù)應(yīng)力鋼吊車梁亦可節(jié)省約15%的鋼材，施加預(yù)應(yīng)力的方式有兩種，一種是在吊車梁的下翼緣直接施加預(yù)應(yīng)力或做成撐桿式使下翼緣預(yù)壓、上翼緣預(yù)拉，另一種是在柱墓礎(chǔ)與吊車梁之間設(shè)拉桿施加預(yù)應(yīng)力以改變吊車梁的受力情況。

4 延長結(jié)構(gòu)的使用壽命

延長結(jié)構(gòu)壽命也是節(jié)約鋼材的一個重要途徑，其主要措施有：

（1）提高鋼材的抗銹能力低碳鋼抗銹能力較弱，據(jù)有關(guān)資料佑算，約有10%～12%的鋼材損耗是屬于銹蝕損耗的，工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的平均銹蝕速度為0.08～0.32mm/a。低合金鋼的抗銹能力比低碳鋼好，其銹蝕速度約為低炭鋼的50%。提高結(jié)構(gòu)抗銹能力的措施主要有：使結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于清潔和干燥的環(huán)境中；注意通風(fēng)，及時排除侵蝕性氣體和溫氣；結(jié)構(gòu)截面形式和構(gòu)造方式有利于防銹，如采取集中使用材料的原則和封閉型斷面等。平時加強(qiáng)維護(hù)，每年至少進(jìn)行一次清灰、清污工作，在一般情況下，視涂裝情況，每3～6年需重新油漆一次。必要和可能時應(yīng)采用耐候鋼，其抗銹能力約比低碳鋼強(qiáng)10倍。

（2）注意工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的隔熱防火保護(hù)，對于容易受到鋼鐵生產(chǎn)時產(chǎn)生的高溫輻射或別也太金屬噴濺的構(gòu)件，應(yīng)將其進(jìn)行隔熱保護(hù)，避免構(gòu)件的鋼材被破壞而降低構(gòu)件強(qiáng)度和彈性模量，最終引起結(jié)構(gòu)的安全問題；對于生產(chǎn)中可能受到撞擊的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施減少破壞。

（3）做好工業(yè)廠房生產(chǎn)施工環(huán)境、生產(chǎn)工藝設(shè)備、結(jié)構(gòu)質(zhì)量等的調(diào)查研究工作；對于一些容易發(fā)生質(zhì)量問題的構(gòu)件或部位應(yīng)重點考察，及時采取有效的防護(hù)措施，避免生產(chǎn)安全、工程質(zhì)量事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

上文主要分析了在未來一段時期內(nèi)，我國鋼鐵企業(yè)單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢。重點介紹了如何應(yīng)用新型材料的材料特性，分析了在未來工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要遵循的原則，并分析了如何應(yīng)用新型技術(shù)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡明化來降低廠房建設(shè)工程的耗鋼量，最后總結(jié)了延長鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的使用年限的具體方法。

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